آبشستگی پایه پل منفرد در بستر رسوبات یکنواخت و غیریکنواخت با جریان ماندگار و غیرماندگار

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشگاه بوعلی سینا

2 گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا همدان، همدان، ایران

3 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا-همدان-ایران

چکیده

آبشستگی پایه پل یکی از مهم‌ترین مسائل در ایمنی پل‌ها می‌باشد. با توجه به فیزیک طبیعی مصالح رودخانه‌ای (رسوبات غیریکنواخت) و اثرگذاری بالای آن بر ابعاد و تکامل زمانی گودال آبشستگی، بررسی برهم‌کنش جریان و سازه با بستر رسوبی غیریکنواخت به دلیل تشکیل لایه سپر از اهمیت بالایی برخوردار است. بدین منظور، بررسی توسعه زمانی آبشستگی در اطراف تک پایه دایره‌ای در بسترهای رسوبی با شرایط دانه‌بندی متفاوت مورد آزمایش قرار گرفت. لایه سپر توسعه یافته از انتقال انتخابی ذرات ریزتر در رسوبات غیریکنواخت سبب پیچیدگی در تخمین عمق آبشستگی می‌شود. در این پژوهش، 15 آزمایش در قالب 5 بستر رسوبی مختلف، یکنواخت و غیریکنواخت، در دو جریان ماندگار (20 و 35 لیتر بر ثانیه) و یک جریان غیرماندگار صورت گرفته است. نتایج نشان داد که با افزایش دبی جریان (افزایش عمق جریان، اثر h/b، در شدت جریان مشابه، u/uc) در بسترهای رسوبی یکسان، نه تنها عمق آبشستگی در حدود 27 درصد افزایش یافته است، بلکه لایه سپر درشت‌تری در سطح بستر ایجاد می‌شود. مقایسه آزمایش‌های متناظر در بسترهای یکنواخت و غیریکنواخت نشانگر کاهش قابل ملاحظه ( تا ۷۰ درصد) عمق حداکثر آبشستگی با افزایش میزان غیریکنواختی ذرات است. اگرچه میزان کاهش قابل توجهی در عمق آبشستگی با افزایش غیریکنواختی ذرات در بین دو بستر غیریکنواخت مشاهده نشد. کاهش قطر میانه ذرات (افزایش نسبت b/d50) در بسترهای غیریکنواخت با درنظرگیری انحراف معیار هندسی یکسان، سبب افزایش میزان عمق آبشستگی شده است.

کلیدواژه‌ها


Baker, R. E. (1986). Local scour at bridge piers in non-uniform sediment. thesis presented to the University of Auckland, at Auckland, New Zealand, in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineering, 91p.
Breusers, H. N. C., Nicollet, G. and Shen, H.W. (1977). Local scour around cylindrical piers. J. Hyd. Research., IAHR, 15(3), 211-252.
Chiew, Y.M. and Melville, B.W. (1989). Local scour at bridge piers with non-uniform sediments. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 87(2), 215-224.
Dey, S. (2014). Fluvial hydrodynamics (hydrodynamic and sediment transport phenomena). Springer, pp. 508-511.
Ettema, R. (1980). Scour at bridge piers. Rep. No. 216, Univ. of Auckland, Auckland, New Zealand.
Ettema, R., Kirkil, G. and Muste, M. (2006). Similitude of large-scale turbulence in experiments on local scour at cylinders. J. Hyd. Eng., ASCE 132(1), 33-40.
Guo, J. (2012). Pier scour in clear water for sediment mixtures. J. Hyd. Research., IAHR, 50(1), 18-27.
Hassan, M.A., Egozi, R. and Parker, G. (2006). Experiments on the effect of hydrograph characteristics on vertical grain sorting in gravel bed rivers. Water Resour. Res. 42, W09408, doi:10.1029/2005WR004707.
Lança, R., Fael, C., Maia, R., Pêgo, J. P. and Cardoso, A. H. (2013). Clear-water scour at pile groups. J. Hyd. Eng., ASCE, 139(10), 1089-1098.
Lee, S. O. and Sturm, T. W. (2009). Effect of sediment size scaling on physical modeling of bridge pier scour. J. Hyd. Eng., ASCE, 135(10), 793-802.
Melville, B. W. (2008). The physics of local scour at bridge piers. In Fourth International Conference on Scour and Erosion, pp. 28-38.
Melville, B.W. (1997). Pier and abutment scour: integrated approach. J. Hyd. Eng. (ASCE) 123(2), 125-136.
Melville, B.W. and Coleman, S.E. (2000). Bridge scour. Water Resources Publications, Highland's ranch, Colorado, USA, 550 p.
Melville, B.W. and Sutherland, A.J. (1988). Design method for local scour at bridge piers. J. Hyd. Eng., ASCE, 114(10), 1210-1226.
Okhravi S. S. and Gohari, S. (2018). Determination of form friction factor of armored gravel-bed rivers. J. Hydraul.13(3), 1-16. (in Persian)
Oliveto, G. and Hager, W. H. (2002). Temporal evolution of clear-water pier and abutment scour. J. Hyd. Eng., ASCE, 128(9), 811-820.
Orrú, C., Blom, A., Chavarrías, V., Ferrara, V. and Stecca, G. (2016).  A new technique for measuring bed surface texture during flow and application to degraded sand-gravel laboratory experiment. Water Resour. Res., 52 (9), 7005-7022.
Pournazeri, S., Haghighat, H. and Li, S. S. (2014). A bridge pier scour model with non-uniform sediments. Proceedings of the Institution of Civil Engineers- Water Management, 167(9), 499-511.
Raudkivi, A.J. and Ettema, R. (1985). Clear-water scour at cylindrical piers. J. Hyd. Eng., ASCE, 109(3), 338-350.
Raudkivi, A.J. and Sutherland, A.J. (1981). Scour at bridge crossings. Report No. 51, Road Research Unit, National Roads Board, Wellington, New Zealand.
Richardson, E.V., Harrison, L.J., Richardson, J.R. and Davis, S.R. (1993). Evaluating scour at bridges. Publication number FHWA-IP-90-017, Federal Highway Administration, US Department of Transportation, Washington DC.
Sheppard, D. M, Demir, H. and Melville, B. W. (2011).  Scour at wide piers and long skewed piers (Vol. 682). Transportation Research Board, Washington, DC.
Sheppard, D. M., Odeh, M. and Glasser, T. (2004). Large scale clear-water local pier scour experiments. J. Hyd. Eng., ASCE, 130(10), 957-963.
Singh, U.K., Ahmad, Z., Kumar, A. and Pandey, M. (2018). Incipient Motion for Gravel Particles in Cohesionless Sediment Mixtures. Iran, J. Sci. Technol. Trans. Civ. Eng., 43(2), 253-262.
Tabarestani, M. K. and Zarrati, A. R. (2014). Effect of Hydrograph Peak Time on Local Scour around Bridge Pier., J. Hydraul. 9(3), 15-32. (in Persian)
Tabarestani, M. K. and Zarrati, A. R. (2017). Local scour calculation around bridge pier during flood event. KSCE J. Civ. Eng., 21(4), 1462-1472.
Wu, P., Hirshfield, F. and Sui, J. (2015). Armor layer analysis of local scour around bridge abutments under ice cover. River Res. Appl., 31(6), 736-746.
Yager, E., Kenworthy, M. and Monsalve, A. (2015). Taking the river inside: Fundamental advances from laboratory experiments in measuring and understanding bed load transport processes. Geomorphology, 244, 21-32.